蒸汽循环供热结晶蒸发设备的制作方法

1.本发明涉及蒸发技术领域，尤其涉及一种蒸汽循环供热结晶蒸发设备。


背景技术：

2.目前，蒸发工艺是废液处理回收利用的主要措施，该处理方法及工艺在现代工业生产中应用十分广泛，其目的基本都是去除废液中的水分，成为蒸馏水，同时提高废液浓度，以达到后续处理要求。而蒸发工艺一般能耗较高，因此利用mvr蒸发器对污水废液进行处理是现阶段较多见的方式，该方式可对蒸发产生的蒸汽进行回收利用，能耗较少。
3.然而该工艺中，不论是直接对蒸发产生的原液蒸汽进行利用，还是通过气液分离装置的净化后进行利用，原液蒸汽中均会残留部分杂质或腐蚀性气体，会对热泵压缩机或蒸汽压缩机造成一定程度的污染或损坏，另外，原液蒸汽中还存在部分不凝气体，直接回收利用原液蒸汽时会明显影响热泵压缩机的运行稳定性，使得能耗增加，原液处理量减少。
4.因此，有必要设计一种蒸汽循环供热结晶蒸发设备，以解决上述问题。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种有效利用原液蒸汽的热量的蒸汽循环供热结晶蒸发设备。
6.为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种蒸汽循环供热结晶蒸发设备，其包括：
7.结晶蒸发容器，用于蒸发原液，其包括上下设置的蒸发室和结晶室；
8.第一换热器，设于结晶蒸发容器的外部，所述第一换热器与所述结晶蒸发容器之间设有原液循环管路，所述原液循环管路的两端分别与所述结晶蒸发容器连接；
9.热泵压缩机，用于向所述第一换热器提供蒸汽热源；
10.抽真空装置，用于对所述结晶蒸发容器进行抽真空；
11.第二换热器；
12.蒸汽循环管路，依次连接所述热泵压缩机、第一换热器及第二换热器；
13.原液蒸汽管路，依次连接所述结晶蒸发容器、第二换热器及抽真空装置，原液蒸发所产生的原液蒸汽与蒸汽热源在第一换热器中换热后产生的冷凝水在所述第二换热器中进行换热。
14.作为本发明进一步改进的技术方案，所述结晶蒸发容器还包括连接蒸发室与结晶室的中空管，所述蒸发室的侧壁开设进液口，所述结晶室的侧壁开设出液口，所述原液循环管路的两端分别与进液口及出液口连接。
15.作为本发明进一步改进的技术方案，所述结晶蒸发容器还包括连接蒸发室与结晶室的中空管及设于中空管内的叶轮，所述中空管的侧壁开设进液口，所述结晶室的侧壁开设出液口，所述原液循环管路的两端分别与进液口及出液口连接。
16.作为本发明进一步改进的技术方案，所述蒸汽循环管路包括高温高压蒸汽管路、
气液混合蒸汽管路及低压蒸汽管路，所述高温高压蒸汽管路设于热泵压缩机与第一换热器之间，以将热泵压缩机产生的高温高压蒸汽通入所述第一换热器中，所述气液混合蒸汽管路设于所述第一换热器与所述第二换热器之间，用于输送在第一换热器中与原液换热后的气液混合物，所述低压蒸汽管路设于第二换热器与热泵压缩机之间。
17.作为本发明进一步改进的技术方案，所述原液蒸汽管路包括高温原液蒸汽管路及原液蒸汽冷凝水管路，所述高温原液蒸汽管路设于所述结晶蒸发容器与所述第二换热器之间，所述原液蒸汽冷凝水管路设于所述第二换热器与所述抽真空装置之间，所述抽真空装置通过原液蒸汽冷凝水管路、第二换热器及高温原液蒸汽管路对所述结晶蒸发容器内部进行抽真空。
18.作为本发明进一步改进的技术方案，所述第一换热器为板式换热器或列管式换热器。
19.作为本发明进一步改进的技术方案，还包括向所述热泵压缩机提供蒸汽的供热装置；所述第二换热器包括壳体及设于所述壳体内的盘管或列管。
20.作为本发明进一步改进的技术方案，所述供热装置为蒸汽发生器，所述蒸汽发生器的蒸汽出口与所述壳体连通。
21.作为本发明进一步改进的技术方案，所述供热装置为设于所述壳体内的加热器。
22.作为本发明进一步改进的技术方案，所述蒸汽循环管路还设有控制装置，所述控制装置用于控制蒸汽循环管路中蒸汽压力，所述控制装置包括节流装置。
23.作为本发明进一步改进的技术方案，所述抽真空装置包括依次通过管路循环连接的射流器、储水罐及水泵，所述射流器与所述结晶蒸发容器连接。
24.由以上技术方案可知，本发明通过设置蒸汽循环管路、原液蒸汽管路及第二换热器，可有效对原液蒸发所产生的原液蒸汽的热量进行利用，一方面可有效回收热量、减小蒸汽设备的整体能耗，另一方面可避免直接回收利用原液蒸汽时其中的不凝气体或固体颗粒等杂质影响整个设备的运行稳定性；另外，蒸汽热源与原液换热后也可以进行循环利用，无需冷凝回收，该部分余热也得到有效的利用，进一步减小蒸汽设备的整体能耗，节省了能源。
附图说明
25.图1为本发明一实施例的蒸汽循环供热结晶蒸发设备的示意图。
26.图2为图1中结晶蒸发容器的示意图。
27.图3为另一实施例中结晶蒸发容器的示意图。
28.图4为另一实施例中结晶蒸发容器的示意图。
29.图5为另一实施例中第一换热器的示意图。
30.图6为另一实施例中第二换热器的示意图。
31.图7为另一实施例中供热装置与第二换热器的示意图。
32.图8为图1中抽真空装置的示意图。
具体实施方式
33.为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和具体实施例对
本发明进行详细描述。
34.请参图1所示的一种蒸汽循环供热结晶蒸发设备，其包括：结晶蒸发容器11、第一换热器12、热泵压缩机2、第二换热器5、抽真空装置6、蒸汽循环管路10及原液蒸汽管路20。
35.请一并参图2所示，结晶蒸发容器11用于蒸发原液，其包括上下设置的蒸发室111和结晶室112及连接蒸发室111与结晶室112的中空管113。蒸发室111侧壁开设进液口114，蒸发室111顶端开设有蒸汽出口116；结晶室112侧壁开设出液口115，结晶室112的底端开设有排料口117，排料口117用于排出料液或结晶体。
36.第一换热器12设于结晶蒸发容器11的外部，用于将原液进行加热后通入结晶蒸发容器11。本实施例中，第一换热器12为列管式换热器，其包括壳体121及设于壳体121内的若干列管122。第一换热器12与结晶蒸发容器11之间设有原液循环管路14，第一换热器12的列管122两端通过原液循环管路14分别与进液口114及出液口115连接，原液循环管路14上还设有原液循环泵13。原液循环管路14连通有原液进液管路30，以向结晶蒸发容器中补充原液。
37.原液首先通过原液进液管路30通入原液循环管路14，并在原液循环泵13的作用下通入列管122中进行换热，加热后的原液自进液口114通入蒸发室111中进行蒸发结晶。当原液自蒸发室111通过中空管113向下流入结晶室112时，原液的温度逐渐降低，因此原液中物质的溶解度降低，逐渐会有结晶析出，随着蒸发时间推移，结晶会逐渐沉积于结晶室112的底部，通过设置泵8及时排出结晶，减少结晶蒸发容器11内部结垢的几率，且出液口距结晶较远，防止结晶进入原液循环管路14进而堵塞第二换热器5，保证蒸发效率稳定。另外，与浓缩型蒸发器相比，结晶蒸发容器11可析出结晶，排出为固体，更环保。
38.请参图3所示，为本发明另一实施例中结晶蒸发容器11a的示意图，结晶蒸发容器11a具体包括上下设置的蒸发室111a和结晶室112a、连接蒸发室111a与结晶室112a的中空管113a及设于中空管113a中的叶轮114a。本实施例中，进液口开设于中空管113a的侧壁，具体位于中空管113a的下部；结晶室112a侧壁开设出液口。结晶室112a的底部大体为锥形，叶轮114a通过转轴与外部的电机连接，电机带动叶轮114a转动并将中空管113a中的温度较高的原液向上推动，原液在蒸发室111a内完成蒸发，温度降低后自中空管113a的外侧向下流动，并在结晶室112a完成结晶，结晶沉降至结晶室112a的底部，进而通过泵排出。
39.请参图4所示，为本发明另一实施例中结晶蒸发容器11b的示意图，结晶蒸发容器11b具体包括上下设置的蒸发室111b和结晶室112b，结晶室112b呈筒状，其直径小于蒸发室111b的直径，蒸发室111b与结晶室112b的连接处为喇叭状，当结晶自蒸发室111b逐渐沉降至结晶室112b时，喇叭状设置可使得结晶顺利进入结晶室112b进行收集，进而自结晶室112b底部排出。本实施例中，进液口及出液口分别设于蒸发室111b的侧壁的上部及下部。工作时，温度较高的原液自进液口进入蒸发室111b上部，在此完成蒸发，温度降低，进而原液向下流动，在此过程中结晶逐渐形成并沉降至结晶室112b，结晶析出后，原液自出液口流出。
40.蒸汽循环管路10依次连接热泵压缩机2、第一换热器12及第二换热器5，以对热源蒸汽进行循环。热泵压缩机2用于对蒸汽进行压缩并向第一换热器12提供蒸汽热源。原液蒸汽管路20依次连接结晶蒸发容器11、第二换热器5及抽真空装置6，原液蒸发所产生的原液蒸汽与蒸汽热源在第一换热器12中换热后产生的冷凝水在第二换热器5中进行换热。
41.具体的，蒸汽循环管路10包括高温高压蒸汽管路101、气液混合蒸汽管路102及低压蒸汽管路103，高温高压蒸汽管路101设于热泵压缩机2与第一换热器12之间，以将热泵压缩机2产生的高温高压蒸汽通入第一换热器12中；气液混合蒸汽管路102设于第一换热器12与第二换热器5之间，用于输送在第一换热器12中与原液换热后的气液混合物。低压蒸汽管路103设于第二换热器5与热泵压缩机2之间，热泵压缩机2通过低压蒸汽管路103对第二换热器5中的液态冷凝水进行减压气化并抽取，从而进行下一轮的压缩形成高温高压蒸汽。
42.优选的，蒸汽循环管路10还设有控制装置，控制装置用于控制蒸汽循环管路10中蒸汽压力，其设于气液混合蒸汽管路102上。优选的，控制装置包括节流装置3，节流装置3可以为比例控制阀或节流阀，节流装置3用于调节高温高压蒸汽管路101中蒸汽的压力及温度。优选的，高温高压蒸汽管路101中蒸汽的压力约140kpa，温度为110℃。在其他实施例中，节流装置3的下游也可以设置疏水装置4，疏水装置4用于将气液混合蒸汽管路102中流过的气液混合物进行分离，并将液态的冷凝水通入第二换热器5中。控制装置的设置保持了蒸汽热源及热泵压缩机2产生的高温高压蒸汽的压力及温度恒定，使得热泵压缩机2工作稳定，不仅可以保证热泵压缩机2的使用寿命，而且使得能耗降低，进一步降低蒸发能耗，节约成本。
43.原液蒸汽管路20具体包括高温原液蒸汽管路201及原液蒸汽冷凝水管路202。高温原液蒸汽管路201设于结晶蒸发容器11与第二换热器5之间，原液蒸汽冷凝水管路202设于第二换热器5与抽真空装置6之间。抽真空装置6用于对结晶蒸发容器11进行抽真空，具体的，抽真空装置6通过原液蒸汽冷凝水管路202、第二换热器5及高温原液蒸汽管路201对结晶蒸发容器11内部进行抽真空处理。
44.由此可见，原液蒸发产生的高温原液蒸汽与冷凝水在第二换热器5中进行热交换过程。冷凝水吸收高温原液蒸汽的热量升温，并在热泵压缩机2的作用下气化，而高温原液蒸汽降温变成原液冷凝水并自抽真空装置6抽出。本实施例中，第二换热器5为列管式换热器，其包括壳体51及设于壳体51内并列设置的若干列管52，壳体51与列管52之间形成壳层。原液蒸汽管路20与壳层连通，蒸汽循环管路10与列管52连通。如此进行高温原液蒸汽与冷凝水的换热。通过第二换热器5，利用原液蒸发出的原液蒸汽的热能，使得蒸汽可循环使用，持续提供蒸发热源，无需持续使用外接蒸汽，大大减少热源蒸汽耗量，减小了蒸发系统能耗，降低了蒸汽设备的运行成本。
45.请参图5所示，在另一实施例中第一换热器12b为板式换热器，其结构与现有的板式换热器结构一致，在此不做赘述。
46.请参图6所示，为另一实施例中的第二换热器5c的示意图，第二换热器5c为盘管式换热器，其包括壳体51c及设于壳体51c内的盘管52c，壳体51c与盘管52c之间形成壳层。原液蒸汽管路20与盘管52c连通，蒸汽循环管路10与壳层连通。如此设置，同样可以实现高温原液蒸汽与冷凝水的换热。
47.本实施例中，蒸汽循环供热结晶蒸发设备还包括向热泵压缩机2提供蒸汽的供热装置7，其作用为：为蒸汽循环管路提供初始蒸汽热源，以快速启动蒸发过程。具体的，本实施例中，供热装置7为蒸汽发生器，优选的，蒸汽发生器的蒸汽出口与壳体连通，即：蒸汽发生器的蒸汽出口与第二换热器5的壳层连通，其产生的初始蒸汽热源首先通入壳层，进而被热泵压缩机2吸入。
48.请参图7所示，在另一实施例中，供热装置为加热器7d，其设于第二换热器5的壳层内，壳层内首先设置一定量的纯水，加热器7d用于对纯水进行加热，以产生初始蒸汽热源。在此实施例中，原液蒸汽管路20与列管52连通，蒸汽循环管路10与壳层连通。如此进行高温原液蒸汽与冷凝水的换热。在其他实施例中，也可以直接采用外接蒸汽，为蒸汽循环管路提供初始蒸汽热源。
49.请参图8所示，本实施例中，抽真空装置6包括依次通过管路循环连接射流器61、储水罐63及水泵62，射流器61与结晶蒸发容器11连接。原液蒸发产生的原液蒸汽经换热后成为冷凝水，经水泵62和射流器61持续工作的作用，抽至储水罐63中；储水罐63设有排水阀64及排水泵65，储水罐63内自上而下还设有液位开关66、67、68，设定液位开关66为高液位，液位开关67为中液位，液位开关68为低液位，当冷凝水液位到达液位开关67的位置时，排水阀64打开，排水泵65工作将冷凝水排出；当冷凝水液位到达液位开关68的位置时，排水阀64关闭，排水泵65停止工作。在其他实施方式中，抽真空装置也可以设置为其他形式，如真空泵、风机等。
50.本实例中，维持结晶蒸发容器11的真空度为
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43kpa，原液在此真空度下的蒸发温度低于其常压的沸点温度，原液进行蒸发产生蒸汽温度约为85
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90℃，其经由高温原液蒸汽管路201进入第二换热器5。抽真空装置6的设置使得原液蒸发温度低于常压时的沸点，使得原液蒸发所需热量减少。其他实施例中，可根据实际需要设置蒸发容器的真空度，在此不予限制。
51.优选的，结晶蒸发容器11与第二换热器5之间还有气液分离装置(未图示)，气液分离装置用于对原液蒸发产生的原液蒸汽进行气液分离，防止原液蒸汽携带原液液滴或固体杂质进入后续装置。
52.优选的，抽真空装置6与第二换热器5之间还设有换热器(未图示)，以对原液进行预热，进而通过原液进液管路30通入结晶蒸发容器11。如此设置，可进一步利用原液蒸汽经过第二换热器5换热后剩余的热量，提高原液温度，进而减少原液蒸发所需热量。
53.工作时，首先蒸发装置1启动，抽真空装置6开始运行，抽真空装置6持续抽出结晶蒸发容器11内的气体，使得结晶蒸发容器11内的负压保持在恒定值；当结晶蒸发容器11中的真空度达到设定值时，原液由原液进液管路30进入结晶蒸发容器11内，同时供热装置7开始向热泵压缩机2提供初始蒸汽热源，热泵压缩机2工作，持续抽入这部分蒸汽转化为高温高压的蒸汽并排出，经由高温高压蒸汽管路101进入第一换热器12供原液蒸发使用。原液吸收了这部分高温高压蒸汽的热量，蒸汽温度有所降低，形态由水气混合态逐渐成为液态，经由节流装置3、疏水装置4，进入第二换热器5进行换热。由于热泵压缩机2的蒸汽入口21持续抽吸，疏水装置4之后的气液混合蒸汽管路102中为负压，液态热水温度降至80℃
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85℃，经过第二换热器5吸收原液蒸发产生的蒸汽的热能，使其在85℃左右发生相变，液态热水转变成温度恒定的蒸汽，并进入热泵压缩机2中，热泵压缩机2再将其转变为恒定的高温高压蒸汽(110℃)并排出，如此循环。
54.由上述过程可以看出蒸汽热源的形态变化：供热装置7提供的初始蒸汽热源，热泵压缩机2吸收初始蒸汽热源并将其转变为高温高压蒸汽，进入到第一换热器12进行蒸发，蒸发后由水气混合物逐渐转为液态热水，进入第二换热器5进行换热；液态热水吸收原液蒸发蒸汽的热能，转化为其汽化的潜热，转变为蒸汽，经由低压蒸汽管路103进入到热泵压缩机
2，热泵压缩机2将此部分蒸汽又转化为高温高压的蒸汽以供原液蒸发使用。该变化过程中，供热装置7提供的初始热源在第一个蒸发循环后，转变成了下一个蒸发循环的热源，这样供热装置7就可以停止初始热源的提供，大大降低了蒸汽耗量。
55.综上所述，本发明通过设置蒸汽循环管路、原液蒸汽管路及第二换热器，可有效对原液蒸发所产生的原液蒸汽的热量进行利用，一方面可有效回收热量、减小蒸汽设备的整体能耗，另一方面可避免直接回收利用原液蒸汽时其中的不凝气体或固体颗粒等杂质影响整个设备的运行稳定性；另外，蒸汽热源与原液换热后也可以进行循环利用，无需冷凝回收，该部分余热也得到有效的利用，进一步减小蒸汽设备的整体能耗，节省了能源；本发明的蒸发设备无需持续通入蒸汽，只需在蒸发装置运行的初期提供蒸汽热源，降低蒸发装置运行成本；本发明的蒸发设备通过设置抽真空装置，使得原液蒸发所需温度较低，提高了蒸发效率。
56.以上实施例仅用于说明本发明而并非限制本发明所描述的技术方案，对本说明书的理解应该以所属技术领域的技术人员为基础，尽管本说明书参照上述的实施例对本发明已进行了详细的说明，但是，本领域的技术人员应当理解，所属技术领域的技术人员仍然可以对本发明进行修改或者等同替换，而一切不脱离本发明的精神和范围的技术方案及其改进，均应涵盖在本发明的权利要求范围内。